CAPN1 (Calpain1)-Mediated Impairment of Autophagic Flux Contributes to Cerebral Ischemia-Induced Neuronal Damage

自噬 缺血 医学 冲程(发动机) 生物 脑损伤 内科学 细胞凋亡 神经科学 心脏病学 遗传学 机械工程 工程类
作者
Yueyang Liu,Xiaohang Che,Haotian Zhang,Xiaoxiao Fu,Yang Yao,Jun Luo,Yu Yang,Ruiping Cai,Xiang‐Nan Yu,Jingyu Yang,Ming-Sheng Zhou
出处
期刊:Stroke [Lippincott Williams & Wilkins]
卷期号:52 (5): 1809-1821 被引量:35
标识
DOI:10.1161/strokeaha.120.032749
摘要

Background and Purpose: CAPN1 (calpain1)—an intracellular Ca2+-regulated cysteine protease—can be activated under cerebral ischemia. However, the mechanisms by which CAPN1 activation promotes cerebral ischemic injury are not defined. Methods: In the present study, we used adeno-associated virus-mediated genetic knockdown and pharmacological blockade (MDL-28170) of CAPN1 to investigate the role of CAPN1 in the regulation of the autophagy-lysosomal pathway and neuronal damage in 2 models, rat permanent middle cerebral occlusion in vivo model and oxygen-glucose–deprived primary neuron in vitro model. Results: CAPN1 was activated in the cortex of permanent middle cerebral occlusion–operated rats and oxygen-glucose deprivation–exposed neurons. Genetic and pharmacological inhibition of CAPN1 significantly attenuated ischemia-induced lysosomal membrane permeabilization and subsequent accumulation of autophagic substrates in vivo and in vitro. Moreover, inhibition of CAPN1 increased autophagosome formation by decreasing the cleavage of the autophagy regulators BECN1 (Beclin1) and ATG (autophagy-related gene) 5. Importantly, the neuron-protective effect of MDL-28170 on ischemic insult was reversed by cotreatment with either class III-PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) inhibitor 3-methyladenine or lysosomal inhibitor chloroquine (chloroquine), suggesting that CAPN1 activation-mediated impairment of autophagic flux is crucial for cerebral ischemia-induced neuronal damage. Conclusions: The present study demonstrates for the first time that ischemia-induced CAPN1 activation impairs lysosomal function and suppresses autophagosome formation, which contribute to the accumulation of substrates and aggravate the ischemia-induced neuronal cell damage. Our work highlights the vital role of CAPN1 in the regulation of cerebral ischemia–mediated autophagy-lysosomal pathway defects and neuronal damage.
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